CN105569654B - 注空气开发采油井气体组分检测仪及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种注空气开发采油井气体组分检测仪及检测方法，该气体组分检测仪包括外壳，外壳内设置取样分离线路、组分检测线路和通信单元，进口连接在采油井口的套管阀上；取样分离线路包括：依次串联的第一电磁阀、一级取样分离器、第二电磁阀、二级取样分离器、第三电磁阀和第一单向阀，第一电磁阀连接至进口，第一单向阀连接至第一出口；组分检测线路包括：依次串联的第四电磁阀、减压阀、干燥清洁装置、气体组分检测探头和第二单向阀，第四电磁阀连接至一级取样分离器，第二单向阀连接至第二出口；通信单元连接至各电磁阀和气体组分检测探头，用于接收来自终端的控制指令及向终端传输检测结果。降低风险，且能保证检测的时效性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及采油技术领域，尤其涉及一种注空气开发采油井气体组分检测仪及检测方法。
背景技术
注空气开发是利用注入井把空气注入油层，利用气驱效应、氧化生热效应采油的一种措施，包括：稀油高压注空气开发、空气泡沫驱开发以及稠油火烧油层开发。采油井爆炸或者着火是油田注空气开发的危险因素之一，在生产井中存在着足够的烃类气体，当烃类气体和未消耗完的氧气混合达到或超过油气爆炸下限时，遇到点火源就很容易发生爆炸，这就是采油井发生爆炸或者着火的主要原因。未消耗完的氧气一般通过如下情况产生：(1)油藏温度过低，导致氧化反应速度慢，甚至氧化过程停止，氧耗量降低，存在过剩氧；(2)注入井到采油井间的井距过近，导致氧气过早突破；(3)空气通过油藏中的高渗层或者高渗通道发生气窜，氧气来不及氧化而直接到采油井产出。因此，需要对采油井的气体组分进行检测。
目前，油田注空气开发采油井气体组分检测主要集中在油井套管气检测，采用的气体组分检测方式通常有三种：便携式手持仪器、气相色谱仪和在线连续检测装置。便携式手持仪器主要使用电化学传感器，精度低但稳定性好，受使用人员的水平影响小，且价格低、使用方便、灵活、速度快，得到广泛使用。在线连续检测装置也使用电化学传感器，其优点是可以连续检测数据，缺点是投资高、系统维护技术要求高。气相色谱仪的优点是精度高，缺点是造价高、对使用人员的专业技术水平要求高。
但是，上述三种仪器都是针对套管气检测，套管气是井底分离而产生，具有一定的延迟性。同时，上述三种仪器都是在常压下工作，因此在采油井上使用上述三种仪器时，取样困难，人员安全风险高，并且套管取样过程中，生产初期或者原始气油比低的采油井，容易造成大气中空气倒灌污染气样，从而导致组分检测结果误差较大。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明提供了一种注空气开发采油井气体组分检测仪及检测方法，以至少解决现有的采油井气体组分检测过程中，取样困难，安全风险高，检测结果误差较大的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种注空气开发采油井气体组分检测仪，包括一外壳，所述外壳内设置有取样分离线路、组分检测线路和通信单元，所述外壳上设置进口、第一出口和第二出口，所述进口连接在采油井井口与集输设备之间的地面管线上，或者连接在所述采油井井口与临时储油罐之间的地面管线上，或者连接在所述采油井井口的套管阀上；所述取样分离线路包括：通过高压管线依次串联的第一电磁阀、一级取样分离器、第二电磁阀、二级取样分离器、第三电磁阀和第一单向阀，其中，所述第一电磁阀连接至所述进口，所述第一单向阀连接至所述第一出口；所述组分检测线路包括：通过管线依次串联的第四电磁阀、减压阀、干燥清洁装置、气体组分检测探头和第二单向阀，其中，所述第四电磁阀连接至所述一级取样分离器，所述第二单向阀连接至所述第二出口；所述通信单元，连接至所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀和所述气体组分检测探头，用于接收来自终端的控制指令以及向所述终端传输检测结果，其中，所述控制指令用于控制各电磁阀的打开或关闭。
在一个实施例中，所述一级取样分离器的内部设置有液位计，所述液位计用于实时检测所述一级取样分离器内的液面高度；所述液位计还连接至所述通信单元。
在一个实施例中，所述取样分离线路中，进入所述一级取样分离器的管线深入到所述一级取样分离器的中下部。
在一个实施例中，所述注空气开发采油井气体组分检测仪还包括：加热装置，用于加热所述取样分离线路。
在一个实施例中，所述组分检测路线中，进入所述一级取样分离器的管线位于所述一级取样分离器的中上部。
在一个实施例中，所述第三电磁阀和所述第一单向阀形成排空管路，用于排空所述一级取样分离器和所述二级取样分离器中的残余流体。
在一个实施例中，所述气体组分检测探头包括以下至少之一：氧气组分检测探头、烃类气体组分检测探头、二氧化碳组分检测探头、一氧化碳组分检测探头和硫化氢气体组分检测探头。
在一个实施例中，所述外壳为金属柜。
在一个实施例中，所述终端包括：显示单元，用于显示所述检测结果；报警单元，用于在气体检测值达到预设阈值的情况下，进行报警。
根据本发明的另一个方面，提供了一种注空气开发采油井气体组分检测方法，基于上述任一种的注空气开发采油井气体组分检测仪实现，所述方法包括：利用第三电磁阀和第一单向阀排空取样分离线路中的残余流体；利用第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，使得一级取样分离器和二级取样分离器进行取样分离，得到待检测气体；利用所述第四电磁阀和减压阀，将所述减压阀的出口压力降低至气体组分检测探头所需的压力；利用干燥清洁装置对进入组分检测线路的所述待检测气体进行干燥清洁；利用气体组分检测探头检测干燥清洁后的气体的组分，得到检测结果；利用通信单元将所述检测结果传输给终端。
在一个实施例中，在利用第三电磁阀和第一单向阀排空取样分离线路中的残余流体之前，所述方法还包括：加热所述取样分离线路。
在一个实施例中，在利用通信单元将所述检测结果传输给终端之后，所述方法还包括：所述终端实时显示所述检测结果，并在气体检测值达到预设阈值的情况下进行报警。
通过本发明的注空气开发采油井气体组分检测仪及检测方法，从油管直接取样检测，保证了检测及时性和准确性；减压阀实现低压检测，降低了人工高压取样的安全风险；单向阀保证外界空气无法倒流进取样分离器和组分检测探头，气体通过干燥清洁装置干燥净化，减少了气样对组分探头的污染，保证了检测结果的准确性；所有组件整体置于一外壳内，防止自然原因和认为损坏。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例的注空气开发采油井气体组分检测仪的结构示意图；
图2是本发明实施例的注空气开发采油井气体组分检测方法的流程图；
图3是本发明实施例的注空气开发采油井气体组分检测方法的具体流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明实施例提供了一种注空气开发采油井气体组分检测仪，图1是本发明实施例的注空气开发采油井气体组分检测仪的结构示意图，如图1所示，注空气开发采油井气体组分检测仪包括一外壳100，外壳100内设置有取样分离线路200、组分检测线路300和通信单元400。
外壳100上设置进口101、第一出口102和第二出口103，其中，进口101连接在采油井井口500与集输设备600(或临时储油罐)之间的地面管线上，或者连接在采油井井口500的套管阀上。外壳100可以为金属柜。
取样分离线路200包括：通过高压管线依次串联的第一电磁阀201、一级取样分离器202、第二电磁阀203、二级取样分离器204、第三电磁阀205和第一单向阀206，其中，第一电磁阀201连接至进口101，第一单向阀206连接至第一出口102。取样分离线路200可以通过电磁阀的相互动作实现自动取样分离气体的目的。从采油井出来的是高压流体，因此，取样分离线路200需要经过高压管线串联。一级取样分离器202分离的气体里面可能含有少量的液体，所以进行二级分离，使得液体和气体完全分离，只取气样进行组分检测，避免液体进入检测探头，损坏检测探头。
组分检测线路300包括：通过管线依次串联的第四电磁阀301、减压阀302、干燥清洁装置303、气体组分检测探头304和第二单向阀305，其中，第四电磁阀301连接至一级取样分离器202，第二单向阀305连接至第二出口103。组分检测线路300可以实现组分检测功能。干燥清洁装置303可以包括干燥器和清洁器。组分检测线路300使用常压管线串联即可，也可使用高压管线串联。
通信单元400，连接至第一电磁阀201、第二电磁阀203、第三电磁阀205、第四电磁阀301和气体组分检测探头304(可以通过数据通讯线连接)，用于接收来自终端700的控制指令以及向终端700传输检测结果，其中，该控制指令用于控制各电磁阀的打开或关闭。通信单元400可以进行数据处理，即将气体组分检测探头304的电信号转化成各自气体的组分含量，即检测结果。
通过上述气体组分检测仪，从油管直接取样检测，保证了检测及时性和准确性；减压阀实现低压检测，降低了人工高压取样的安全风险；单向阀保证外界空气无法倒流进取样分离器和组分检测探头，气体通过干燥清洁装置干燥净化，减少了气样对组分探头的污染，保证了检测结果的准确性；所有组件整体置于一外壳内，防止自然原因和认为损坏。
在一个实施例中，一级取样分离器202的内部设置有液位计207，液位计207用于实时检测一级取样分离器202内的液面高度；液位计207还连接至通信单元400。实时监测液面的目的是液面不能太满，以免液体溢出进入二级取样分离器204，导致二级取样分离器的分离效果不好，从而有液体进入组分检测线路，损坏检测探头。
取样分离线路200中，进入一级取样分离器202的管线深入到一级取样分离器202的中下部，防止油气未来得及分离而进入到组分检测线路300，从而防止危害气体组分检测探头304。
组分检测路线300中，进入一级取样分离器202的管线(即组分检测路线300的入口)位于一级取样分离器202的中上部，防止液面过高导致液体直接进入组分检测线路300损坏气体组分检测探头304。
在一个实施例中，注空气开发采油井气体组分检测仪还包括：加热装置，置于进口101至第一出口102之间的所有管线、一级取样分离器202和二级取样分离器204外，用于加热取样分离线路200。对取样分离线路200进行加热，可以保证稠油或者含蜡原油的流动性。例如，该加热装置可以是伴热带。加热装置可以由终端700进行控制。
在一个实施例中，第三电磁阀205和第一单向阀206形成排空管路，用于排空一级取样分离器202和二级取样分离器204中的残余流体。每次检测过程中，都可以进行多次排空，尽可能减少一级取样分离器202、二级取样分离器204中残余流体污染，使得一级取样分离器202分离出的气体组分与采油井中气体组分一致。
在一个实施例中，气体组分检测探头304包括以下至少之一：氧气组分检测探头、烃类气体组分检测探头、二氧化碳组分检测探头、一氧化碳组分检测探头和硫化氢气体组分检测探头。氧气、烃类气体、二氧化碳、一氧化碳和硫化氢气体对油气生产作用比较大，可以根据需求选取其中几个气体进行检测。各气体的检测顺序可以根据需求自行设置。
上述第一单向阀206和第二单向阀305均连接至气体组分检测仪的出口，可以防止空气倒流影响气体组分检测结果。
终端700可以是手机、工控机等，通信单元400可以是GPRS(通用分组无线服务，General Packet Radio Service)模块，例如，通信单元400可以直接通过GPRS通讯协议与手机进行通信，完成数据的无线传输；通信单元400也可以通过GPRS通讯站与工控机进行通信。
在一个实施例中，终端700可以包括：显示单元，用于显示检测结果；报警单元，用于在气体检测值达到预设阈值的情况下，进行报警。终端700接收到检测结果以后，可以实时显示检测结果，供工作人员查看。可以分别预先设置氧气、一氧化碳和硫化氢的阈值，一旦终端700接收的检测值达到对应的阈值，则进行报警，提醒工程师或者现场管理人员以进行应急处理操作，根据不同气体超标情况及时采取措施。报警方式可以是灯光、蜂鸣、震动或者其他方式。可以针对不同危险气体设置不同预警方式。
上述注空气开发采油井气体组分检测仪的工作方式如下：通过四个电磁阀(第一电磁阀201、第二电磁阀203、第三电磁阀205和第四电磁阀301)相互作用实现一级取样分离器202、二级取样分离器204取样分离气体的目的，然后通过第四电磁阀301、减压阀302减压至气体组分检测探头304所需的压力，通过干燥清洁装置303净化气体，通过气体组分检测探头304检测气体组分，然后利用通信单元400与终端700进行通信，传输检测结果，并在终端700上实时显示检测结果，在气体检测值达到对应的阈值时，进行报警。
本发明实施例还提供了一种注空气开发采油井气体组分检测方法，基于上述注空气开发采油井气体组分检测仪实现。
图2是本发明实施例的注空气开发采油井气体组分检测方法的流程图，如图2所示，该方法包括如下步骤：
步骤S201，利用第三电磁阀和第一单向阀排空取样分离线路中的残余流体；
步骤S202，利用第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，使得一级取样分离器和二级取样分离器进行取样分离，得到待检测气体；
步骤S203，利用第四电磁阀和减压阀，将减压阀的出口压力降低至气体组分检测探头所需的压力；
步骤S204，利用干燥清洁装置对进入组分检测线路的待检测气体进行干燥清洁；
步骤S205，利用气体组分检测探头检测干燥清洁后的气体的组分，得到检测结果；
步骤S206，利用通信单元将检测结果传输给终端。
通过上述气体组分检测方法，从油管直接取样检测，保证了检测及时性和准确性；减压阀实现低压检测，降低了人工高压取样的安全风险；单向阀保证外界空气无法倒流进取样分离器和组分检测探头，气体通过干燥清洁装置干燥净化，减少了气样对组分探头的污染，保证了检测结果的准确性；所有组件整体置于一外壳内，防止自然原因和认为损坏。
在一个实施例中，在利用第三电磁阀和第一单向阀排空取样分离线路中的残余流体之前，上述方法还可以包括：加热取样分离线路。对取样分离线路进行加热，可以保证稠油或者含蜡原油的流动性。
在一个实施例中，在利用通信单元将检测结果传输给终端之后，上述方法还可以包括：终端实时显示检测结果，并在气体检测值达到预设阈值的情况下进行报警，以提醒工程师或者现场管理人员进行应急处理操作。
为了对上述注空气开发采油井气体组分检测仪及检测方法进行更为清楚的解释，下面结合具体的实施例来进行说明，然而值得注意的是该实施例仅是为了更好地说明本发明，并不构成对本发明不当的限定。
如图3所示，为使用上述注空气开发采油井气体组分检测仪进行气体组分检测的具体流程示意图，最初，所有的电磁阀均是关闭的。加热取样分离线路200，调整减压阀302使其出气压力在通过气体组分检测探头304的工作压力范围内，然后打开第二电磁阀203和第三电磁阀205(例如，可以通过发送控制指令打开电磁阀)，使得一级取样分离器202、二级取样分离器204中的残余流体排空，关闭第三电磁阀205。
打开第一电磁阀201，使得采油井产出管线中的流体进入一级取样分离器202、二级取样分离器204，当液位达到一级取样分离器202的下部1/4处，打开第三电磁阀205排空，如此反复多次进行排空(例如3至5次)，此时第四电磁阀301、第三电磁阀205处于关闭状态，尽可能减少一级取样分离器202、二级取样分离器204中残余流体污染，使得一级取样分离器202分离出的气体组分与采油井中气体组分一致。第四电磁阀301处于关闭状态，是为了使进入分离器的液体存留一段时间，充分分离以后才打开第四电磁阀301，让气体通过其进入检测器。
打开第四电磁阀301使得气体经过减压阀302、干燥清洁装置303、气体组分检测探头304和第二单向阀305进行气体组分检测，关闭第四电磁阀301，记录检测结果，静置一段时间(例如5分钟)。然后打开第四电磁阀301再次进行气体组分检测，比较两次的检测结果，如果误差大于预设数值(例如5％)，继续进行气体组分检测，直到误差小于预设数值，通过通信单元400实时传输检测结果至终端700，终端700实时显示检测结果，供工作人员查看，例如，手机可以通过应用程序显示检测结果。
一般情况下，空气中的一氧化碳浓度达到50ppm时，健康成年人可以承受8小时；一氧化碳浓度达到200ppm时，健康成年人2～3小时后，轻微头痛、乏力；一氧化碳浓度达到400ppm时，健康成年人1～2小时内前额痛，3小时后威胁生命；当一氧化碳浓度更高时，更加危险。因此，可以考虑设置一氧化碳浓度阈值为50ppm，当然，也可自行设置其他合适的阈值。终端700读取到检测结果中的CO含量达到50ppm，即达到预设阈值，发出预警。
H2S气体浓度达到0.41ppm可嗅到难闻的气味，达到50～100ppm，刺激气管，引起结膜炎。本实施例中，设置H2S气体浓度阈值为30ppm，达到该阈值，则发出预警。
烃类气体中氧气含量的爆炸极限为10％，为了提前预警和保证一定的安全系数，本实施例中，氧气浓度阈值可以设置为3％，达到该阈值，则发出预警。
上述判断检测值是否达到阈值的步骤，几种气体可以同时判断，也可以按照某一顺序判断。
可以按照设置的时间间隔重复上述气体组分检测过程，例如，设置四小时进行重复检测，从而达到实时在线检测气体组分的目的。
综上所述，本发明实施例提供的注空气开发采油井气体组分检测仪及检测方法，可用于空气驱、火烧油层等相关的注空气开发，更换相关组分探头也可以注其它气体组分检测。本方案具有以下有益效果：
(1)注空气开发采油井气体组分检测仪，所有组件整体置于一金属柜之内，防止风沙雨雪等自然原因损坏，同时能够防止人为破坏。
(2)通过减压阀实现了低压检测的目的，降低了人工高压取样的安全风险。
(3)通过三个电磁阀相互动作，达到了高压自动取样和油气分离的目的，保证了所取样品与采油井中气体组分的一致性，降低了检测结果误差。
(4)通过两只单向阀，保证了外界空气无法倒流进入取样分离器和气体组分检测探头，保证了检测结果的准确性。
(5)检测结果可以无线传输至监控室内的终端(如，工控机或工作人员的手机)，节省了人工值守或架设有线通讯的投资，保证了现场检测数据的及时性。
(6)终端可以进行预警，例如，可以针对不同危险气体设置不同预警方式，保证了现场运行安全性。
(7)通过清洁器净化和干燥器干燥，减少了气样对气体组分检测探头的污染，提高了检测器寿命和检测数据的准确性。
(8)从油管直接取样检测，保证了检测及时性和准确性。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种注空气开发采油井气体组分检测仪，其特征在于，包括一外壳，所述外壳内设置有取样分离线路、组分检测线路和通信单元，所述外壳上设置进口、第一出口和第二出口，所述进口连接在采油井井口与集输设备之间的地面管线上，或者连接在所述采油井井口与临时储油罐之间的地面管线上，或者连接在所述采油井井口的套管阀上；
所述取样分离线路包括：通过高压管线依次串联的第一电磁阀、一级取样分离器、第二电磁阀、二级取样分离器、第三电磁阀和第一单向阀，其中，所述第一电磁阀连接至所述进口，所述第一单向阀连接至所述第一出口；
所述组分检测线路包括：通过管线依次串联的第四电磁阀、减压阀、干燥清洁装置、气体组分检测探头和第二单向阀，其中，所述第四电磁阀连接至所述一级取样分离器，所述第二单向阀连接至所述第二出口；
所述通信单元，连接至所述第一电磁阀、所述第二电磁阀、所述第三电磁阀、所述第四电磁阀和所述气体组分检测探头，用于接收来自终端的控制指令以及向所述终端传输检测结果，其中，所述控制指令用于控制各电磁阀的打开或关闭。
2.根据权利要求1所述的注空气开发采油井气体组分检测仪，其特征在于，所述一级取样分离器的内部设置有液位计，所述液位计用于实时检测所述一级取样分离器内的液面高度；所述液位计还连接至所述通信单元。
3.根据权利要求1所述的注空气开发采油井气体组分检测仪，其特征在于，所述取样分离线路中，进入所述一级取样分离器的管线深入到所述一级取样分离器的中下部。
4.根据权利要求1所述的注空气开发采油井气体组分检测仪，其特征在于，所述注空气开发采油井气体组分检测仪还包括：加热装置，用于加热所述取样分离线路。
5.根据权利要求1所述的注空气开发采油井气体组分检测仪，其特征在于，所述组分检测路线中，进入所述一级取样分离器的管线位于所述一级取样分离器的中上部。
6.根据权利要求1所述的注空气开发采油井气体组分检测仪，其特征在于，所述第三电磁阀和所述第一单向阀形成排空管路，用于排空所述一级取样分离器和所述二级取样分离器中的残余流体。
7.根据权利要求1所述的注空气开发采油井气体组分检测仪，其特征在于，所述气体组分检测探头包括以下至少之一：氧气组分检测探头、烃类气体组分检测探头、二氧化碳组分检测探头、一氧化碳组分检测探头和硫化氢气体组分检测探头。
8.根据权利要求1所述的注空气开发采油井气体组分检测仪，其特征在于，所述外壳为金属柜。
9.根据权利要求1所述的注空气开发采油井气体组分检测仪，其特征在于，所述终端包括：
显示单元，用于显示所述检测结果；
报警单元，用于在气体检测值达到预设阈值的情况下，进行报警。
10.一种注空气开发采油井气体组分检测方法，基于权利要求1至9中任一项所述的注空气开发采油井气体组分检测仪实现，其特征在于，所述方法包括：
利用第三电磁阀和第一单向阀排空取样分离线路中的残余流体；
利用第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，使得一级取样分离器和二级取样分离器进行取样分离，得到待检测气体；
利用所述第四电磁阀和减压阀，将所述减压阀的出口压力降低至气体组分检测探头所需的压力；
利用干燥清洁装置对进入组分检测线路的所述待检测气体进行干燥清洁；
利用气体组分检测探头检测干燥清洁后的气体的组分，得到检测结果；
利用通信单元将所述检测结果传输给终端。
11.根据权利要求10所述的注空气开发采油井气体组分检测方法，其特征在于，在利用第三电磁阀和第一单向阀排空取样分离线路中的残余流体之前，所述方法还包括：加热所述取样分离线路。
12.根据权利要求10所述的注空气开发采油井气体组分检测方法，其特征在于，在利用通信单元将所述检测结果传输给终端之后，所述方法还包括：所述终端实时显示所述检测结果，并在气体检测值达到预设阈值的情况下进行报警。
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